(57)【要約】【課題】ハイブリッド自動車用の高効率かつ小型の車両駆動機構を提供する。【解決手段】車両駆動機構１００は、エンジン１０と、エンジン１０の出力軸１１に回転軸２１の入力側が機械的に連結されると共に当該回転軸２１の出力側が車軸１７に機械的に連結されて発電機としても動作可能な第１モータ２０と、車軸１７に回転軸３１の出力側が機械的に連結される第２モータ３０と、第１モータ２０および第２モータ３０に電力を供給すると共に第１モータ２０によって発電された電力を蓄えるバッテリ５０とを備えている。第１モータ２０と第２モータ３０との間には第１増速機４０が設けられ、第２モータ３０の最適回転数Ｎ２は第１モータ２０の最適回転数Ｎ１よりも高く設計される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、
前記内燃機関の出力軸に回転軸の入力側が機械的に連結されると共に該回転軸の出力側が車軸に機械的に連結されて発電機としても動作可能な第１電動機と、
前記車軸に回転軸の出力側が機械的に連結される第２電動機と、
前記第１、第２電動機に電力を供給すると共に前記第１電動機によって発電された電力を蓄える蓄電手段と
を備え、
前記第１電動機と前記第２電動機との間には第１増速機が設けられ、前記第２電動機の最適回転数は前記第１電動機の最適回転数よりも高いことを特徴とする、車両駆動機構。
【請求項２】
前記第１電動機と前記内燃機関との間には第２増速機が設けられ、前記第１電動機の最適回転数は前記内燃機関の回転数よりも高いことを特徴とする、請求項１に記載の車両駆動機構。
【請求項３】
前記第１電動機と前記内燃機関との間には第１クラッチが設けられ、
前記第１電動機が前記蓄電手段から供給される電力によって動作する際には、前記第１クラッチが切断状態となることを特徴とする、請求項１または２に記載の車両駆動機構。
【請求項４】
前記第１電動機と前記車軸との間には第２クラッチが設けられ、
前記第１電動機が前記内燃機関の動力によって駆動されて発電機として動作する際には、前記第２クラッチが切断状態となることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両駆動機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両駆動機構に係り、特にエンジンおよびモータを動力源として備えるハイブリッド自動車の車両駆動機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンおよびモータを動力源として備えるハイブリッド自動車の普及が始まっている。特許文献１には、エンジンおよび２つのモータを備えるハイブリッド自動車の車両駆動機構が開示されている。この車両駆動機構では、エンジンの出力軸に第１モータの回転軸の入力側が連結され、第１モータの回転軸の出力側と第２モータの回転軸の入力側とが連結され、第２モータの回転軸の出力側が遊星ギヤおよびディファレンシャルを介して車軸に連結されている。エンジンからの動力によって第１、第２モータが駆動される際には、その駆動力が遊星ギヤおよびディファレンシャルを介して車軸に伝達されて車両の走行が行われる。その際、第１、第２モータを電動機として動作させれば、車両の走行を補助することができ、第１、第２モータを発電機として動作させれば、エンジンの動力によって発電を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−８８７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
車両駆動機構のモータは、効率的に動作すると共に小型であることが好ましい。まず、動作効率について考えると、一般的なモータの動作効率は回転数およびトルクに関係し、これを図示すると図６のようになる。図６に示される動作効率特性において、モータの動作効率は最も内側の等高線αで囲まれる領域内において最も高くなる。本願明細書では、この最も動作効率の高い領域の中心におけるモータの回転数Ｎを「最適回転数」と呼ぶことにする。特許文献１の構成では、第１、第２モータはエンジンと同一の回転数で駆動されるため、第１、第２モータを効率的に動作させるためには、それらの最適回転数をエンジンの標準的な回転数にほぼ等しくなるように設計し、第１、第２モータを最適回転数の近傍で動作させることが好ましい。
【０００５】
次に、小型化について考えると、モータは最適回転数を高く設計するほど小型化が容易になる。しかしながら、特許文献１の構成では、第１、第２モータはエンジンと同一の回転数によって駆動されるため、小型化のためにそれらの最適回転数を高く設計すると、第１、第２モータを最適回転数の近傍で動作させることができなくなる。すなわち、特許文献１の構成では、第１、第２モータの効率的な動作と小型化とを両立させることができない。
【０００６】
この発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、ハイブリッド自動車用の高効率かつ小型の車両駆動機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、この発明に係る車両駆動機構は、内燃機関（エンジン）と、内燃機関の出力軸に回転軸の入力側が機械的に連結されると共に当該回転軸の出力側が車軸に機械的に連結されて発電機としても動作可能な第１電動機（第１モータ）と、車軸に回転軸の出力側が機械的に連結される第２電動機（第２モータ）と、第１、第２電動機に電力を供給すると共に第１電動機によって発電された電力を蓄える蓄電手段とを備え、第１電動機と第２電動機との間には第１増速機が設けられ、第２電動機の最適回転数は第１電動機の最適回転数よりも高いことを特徴とする。
【０００８】
第１電動機と内燃機関との間には第２増速機が設けられ、第１電動機の最適回転数を内燃機関の回転数よりも高くしてもよい。
【０００９】
第１電動機と内燃機関との間には第１クラッチが設けられ、第１電動機が蓄電手段から供給される電力によって動作する際には、第１クラッチが切断状態となるようにしてもよい。
【００１０】
第１電動機と車軸との間には第２クラッチが設けられ、第１電動機が内燃機関の動力によって駆動されて発電機として動作する際には、第２クラッチが切断状態となるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、ハイブリッド自動車用の高効率かつ小型の車両駆動機構を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る車両駆動機構の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る車両駆動機構の第１、第２モータの動作効率特性を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る車両駆動機構の構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る車両駆動機構の第１、第２モータの動作効率特性を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る車両駆動機構の変形例の構成を示す図である。
【図６】一般的なモータの動作効率特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るハイブリッド自動車用の車両駆動機構１００の構成を図１に示す。
【００１４】
車両駆動機構１００は、ガソリン燃料を内部で燃焼させて動力を発生させるエンジン１０と、交流電力によって動作して動力を発生させると共に外部動力によって駆動される際には発電機としても動作可能な第１モータ２０と、交流電力によって動作して動力を発生させる第２モータ３０とを備えている。
【００１５】
エンジン１０の出力軸１１は、第１クラッチ１２を介して第１モータ２０の回転軸２１の入力側に連結されており、第１モータ２０の回転軸２１の出力側は、第２クラッチ１３を介して第１増速機４０の入力軸４１に連結されている。第１増速機４０の出力軸４２は、第１ギヤ１４、第２ギヤ１５、およびディファレンシャル１６を介して車軸１７に連結されている。また、第２モータ３０の回転軸３１の出力側は、第３ギヤ１８、第２ギヤ１５、およびディファレンシャル１６を介して車軸１７に連結されている。
【００１６】
第１クラッチ１２が連結された状態では、第１モータ２０の回転軸２１はエンジン１０の出力軸１１と一体的に回転し、第１モータ２０の回転数はエンジン１０の回転数と等しくなる。そのため、図２の動作効率特性に示される第１モータ２０の最適回転数Ｎ１は、エンジン１０の標準的な回転数Ｎｅとほぼ等しくなるように設計される。
【００１７】
また、第１モータ２０と第２モータ３０との間には、第１増速機４０が介在されているため、第２モータ３０の回転数は第１モータ２０の回転数よりも高くなり、第１モータ２０の回転数に第１増速機４０の増速比を乗じた値になる。そのため、図２の動作効率特性に示される第２モータ３０の最適回転数Ｎ２は、第１モータ２０の最適回転数Ｎ１に第１増速機４０の増速比を乗じた値にほぼ等しくなるように設計される。第２モータ３０の最適回転数Ｎ２を高く設計できるため、第２モータ３０を小型化することができる。
【００１８】
また、車両駆動機構１００は、直流電力を蓄えるバッテリ５０と、バッテリ５０から出力される直流電力を交流電力に変換する第１インバータ５１および第２インバータ５２とを備えている。第１インバータ５１から出力される交流電力は第１モータ２０に供給され、第２インバータ５２から出力される交流電力は第２モータ３０に供給される。また、第１インバータ５１は、第１モータ２０がエンジン１０の動力によって駆動されて発電機として動作する際には、第１モータ２０から出力される交流電力をバッテリ５０に充電可能な直流電力に変換する機能も併せ持っている。
【００１９】
また、車両駆動機構１００は、マイクロコンピュータによって構成されるコントロールユニット６０を備えており、コントロールユニット６０は、第１クラッチ１２、第２クラッチ１３、第１インバータ５１、および第２インバータ５２を制御する。
【００２０】
次に、この実施の形態１に係るハイブリッド自動車用の車両駆動機構１００の動作について、車両が発電を行わずにモータによる走行のみを行うＥＶ走行時の動作と、車両が発電およびモータによる走行を共に行うＲＥ発電＋ＥＶ走行時の動作とに分けて説明する。
【００２１】
（１．ＥＶ走行時の動作）
車両のＥＶ走行時において車両駆動機構１００は、第１モータ２０および第２モータ３０を共に走行用に用いる。詳細には、車両駆動機構１００のコントロールユニット６０は、第２インバータ５２から第２モータ３０に電力を供給して車軸１７の駆動を行わせると共に、第１クラッチ１２を切断状態、第２クラッチ１３を連結状態にした上で、第１インバータ５１から第１モータ２０に電力を供給することによって第１モータ２０を電動機として動作させ、車軸１７の駆動を行わせる。その結果、第１モータ２０および第２モータ３０によって車軸１７が駆動され、車両の走行が行われる。
【００２２】
上記において、第１インバータ５１が出力する交流電力の周波数を調整することにより、第１モータ２０はその最適回転数Ｎ１の近傍で動作するように制御される。また、第２インバータ５２が出力する交流電力の周波数を調整することにより、第２モータ３０はその最適周波数Ｎ２の近傍で動作するように制御される。また、第１クラッチ１２が切断状態であるため、第１モータ２０および第２モータ３０によって車軸１７を駆動する際にエンジン１０が負荷となることが防止される。
【００２３】
（２．ＲＥ発電＋ＥＶ走行時の動作）
車両のＲＥ発電＋ＥＶ走行時において車両駆動機構１００は、第１モータ２０を発電機として動作させて発電を行うと共に、第２モータ３０によって車両の走行を行う。詳細には、車両駆動機構１００のコントロールユニット６０は、第２インバータ５２から第２モータ３０に電力を供給して車軸１７の駆動を行わせると共に、第１クラッチ１２を連結状態、第２クラッチ１３を切断状態にした上で、エンジン１０の動力によって第１モータ２０を駆動させて発電機として動作させる。第１モータ２０によって発電された交流電力は、第１インバータ５１によって直流電力に変換されてバッテリ５０に蓄えられる。
【００２４】
上記において、第１モータ２０はエンジン１０と同一の回転数によって駆動されるため、第１モータ２０はその最適周波数Ｎ１の近傍で駆動される。また、第２インバータ５２が出力する交流電力の周波数を調整することにより、第２モータ３０はその最適周波数Ｎ２の近傍で動作するように制御される。また、第２クラッチ１３が切断状態であるため、第１モータ２０を車軸１７の駆動から切り離して発電に専念させることができ、車両の発電効率が向上する。
【００２５】
以上説明したように、この実施の形態１に係るハイブリッド自動車用の車両駆動機構１００では、第１モータ２０と第２モータ３０との間には第１増速機４０が設けられ、第２モータ３０の最適回転数Ｎ２は第１モータの最適回転数Ｎ１よりも高く設計される。これにより、第１モータ２０および第２モータ３０をそれらの最適回転数Ｎ１、Ｎ２の近傍で動作させながら、第２モータ３０を小型化することができるため、高効率かつ小型の車両駆動機構とすることができる。
【００２６】
また、第１モータ２０とエンジン１０との間には第１クラッチ１２が設けられ、第１モータ２０がバッテリ５０から供給される電力によって電動機として動作する際には、第１クラッチ１２が切断状態となる。これにより、第１モータ２０および第２モータ３０によって車軸１７を駆動する際にエンジン１０が負荷となることが防止され、車両の走行効率が向上する。
【００２７】
また、第１モータ２０と車軸１７との間には第２クラッチ１３が設けられ、第１モータ２０がエンジン１０の動力によって駆動されて発電機として動作する際には、第２クラッチ１３が切断状態となる。これにより、第１モータ２０を発電に専念させることができ、車両の発電効率が向上する。
【００２８】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るハイブリッド自動車用の車両駆動機構２００の構成を図３に示す。尚、以降の説明において、図１の参照符号と同一の符号は同一又は同様の構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
【００２９】
実施の形態２における車両駆動機構２００では、第１モータ２２０とエンジン１０との間に第２増速機２７０が設けられている。第１クラッチ１２が連結された状態では、第１モータ２２０の回転数は、エンジン１０の回転数に第２増速機２７０の増速比を乗じた値になる。そのため、図４の動作効率特性に示される第１モータ２２０の最適回転数Ｎ１’は、エンジン１０の標準的な回転数Ｎｅに第２増速機２７０の増速比を乗じた値にほぼ等しくなるように設計される。また、これに伴って第１増速機２４０の増速比は、第２モータ３０の最適回転数Ｎ２を第１モータ２２０の最適回転数Ｎ１’で除した値に等しくなるように調整される。これにより、第１モータ２２０の最適回転数Ｎ１’は実施の形態１における最適回転数Ｎ１よりも高くなるため、第１モータ２２０および第２モータ３０をそれらの最適回転数Ｎ１’，Ｎ２の近傍で動作させながら、第１モータ２２０を小型化することができる。
【００３０】
その他の実施の形態．
実施の形態１において、図５の（ａ）或いは（ｂ）に示されるように、第１モータ２０と第２モータ３０とを直列に接続してもよく、実施の形態２においても同様である。
【符号の説明】
【００３１】
１００，２００，３００，４００  車両駆動機構、１０  エンジン（内燃機関）、１１  エンジンの出力軸（内燃機関の出力軸）、１２  第１クラッチ、１３  第２クラッチ、１７  車軸、２０，２２０  第１モータ（第１電動機）、２１，２２１  第１モータの回転軸（第１電動機の回転軸）、３０  第２モータ（第２電動機）、３１  第２モータの回転軸（第２モータの回転軸）、４０，２４０  第１増速機、５０  バッテリ（蓄電手段）、２７０  第２増速機、Ｎ１，Ｎ１’  第１モータの最適回転数（第１電動機の最適回転数）、Ｎ２  第２モータの最適回転数（第２電動機の最適回転数）、Ｎｅ  エンジンの回転数（内燃機関の回転数）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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